Брянский Государственный Технический Университет

Кафедра "Автомобильный транспорт"

 

ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет» (БГТУ)

Руководитель НИЛ ТРТ:

Горленко Александр Олегович – доктор технических наук, профессор, академик Академии проблем качества, Почетный работник высшего профессионального образования РФ, член Нанотехнологического общества России (НОР), член Российского союза ветеранов Афганистана (РСВА)

Телефон: (4832)588279; +7 (906)5014632

E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

 

НИЛ ТРТ создана в БГТУ в 2011 г.

Она позволяет проводить триботехнические испытания поверхностей трения деталей нормализованным методом.

В частности, триботехнические испытания наружных цилиндрических поверхностей трения на образцах проводятся по уникальной методике, не имеющей аналогов в нашей стране, нормализованным методом с применением автоматизированной системы научных исследований (АСНИ).

Параметры шероховатости образцов, обработанных различными технологическими методами, до и после триботехнических испытаний измеряются с помощью автоматизированного USB профилографа-профилометра модели БВ-7669М, изготовленного ОАО "НИИизмерения" (Научно-исследовательский и конструкторский институт средств измерения в машиностроении, г. Москва). Его общий вид представлен на рис. 1, а интерфейс пользователя – на рис. 2.

Комплексные сравнительные испытания образцов проводятся на автоматизированной установке, созданной на базе машины трения МИ-1М и предназначенной для проведения триботехнических испытаний цилиндрических образцов из металлических материалов и сплавов, позволяющих определять триботехнические показатели поверхностей в условиях трения скольжения при граничной смазке нормализованным методом с применением автоматизированной системы научных исследований.

Рис. 1. Общий вид USB профилографа-профилометра модели БВ-7669М

Рис. 2. Интерфейс пользователя USB профилографа-профилометра

модели БВ-7669М

Автоматизированная система научных исследований состоит из испытательного блока, блоков привода и нагружения, датчиков, мобильного измерительного комплекса, персонального компьютера и специально разработанного программного обеспечения. Нагружающее устройство и схема системы сбора данных АСНИ представлены на рис. 3 и 4.

Нормализованный метод используется для проведения комплексных триботехнических испытаний с целью установления возможностей технологических методов и режимов обработки в обеспечении показателей триботехнических свойств цилиндрических поверхностей трения.

При испытаниях с установленными нагрузкой и скоростью скольжения к вращающейся цилиндрической поверхности образца, частично погруженного в смазочный материал, прижимается неподвижный цилиндрический индентор (рис. 3). Для установки образцов и индентора используется схема со сменными держателями, обеспечивающая самоустановку индентора относительно испытываемой поверхности образца на промежуточной сферической опоре для реализации линейного контакта.

Рис. 3. Нагружающее устройство АСНИ:

1 – емкость со смазочным материалом; 2 – образец; 3 – индентор; 4 – держатель индентора; 5 – подвижный элемент, 6 – промежуточный элемент, 7 – датчик нагрузки; 8 – пружина сжатия; 9 – рукоятка

Рис. 4. Схема системы сбора данных АСНИ

 

В процессе испытаний с помощью системы датчиков непрерывно и синхронно регистрируются время испытания, нагрузка, коэффициент трения и линейный износ. Их численные значения выводятся на монитор персонального компьютера. Для измерения момента трения и нагрузки используются тензодатчики. Для непрерывного измерения износа непосредственно в процессе проведения испытаний (и вывода его значений на монитор персонального компьютера в режиме реального времени) была разработана специальная схема с применением индуктивного датчика, позволяющая исключить влияние на результаты измерений радиального биения и тепловых деформаций испытываемого образца.

Питание датчиков и регистрация поступающих с них сигналов производятся системой сбора данных, представленной мобильным измерительным комплексом, включающим систему согласования SC-2345 и плату сбора данных М-серии PCI 6220 (рис. 4). Программное обеспечение АСНИ разработано в среде программирования NI LabVIEW 7.

По результатам анализа регистрируемых параметров определяются следующие триботехнические показатели:

- время приработки  t0 , ч, определяемое как время от начала испытания до момента времени выхода кривой изнашивания  на участок нормального изнашивания;

- приработочный износ h0, мкм, как величина сближения, определяемая в момент времени окончания приработки  t0;

- значение коэффициента трения в конце испытаний  f;

- f0 / f – отношение максимального значения коэффициента трения в период приработки f0 к его значению в конце испытаний  f;

- среднее значение интенсивности изнашивания в период нормального изнашивания

,

где h, мкм, – суммарная величина износа образца за время испытаний; L, мкм, – путь трения, пройденный поверхностью образца за время испытаний; L0 = 3,6 · 10 9 · t0 · υ, мкм, – путь трения, пройденный поверхностью образца за время приработки;

- значение интенсивности изнашивания за общее время испытаний .

Испытания образцов проводятся при следующих условиях:

скорость скольжения υ = 1, 05 м/с; нормальное усилие нагружения N = 100 ± 0,5 %, Н (соответствует давлениям, рассчитанным по Герцу, порядка 150 МПа); вид первоначального контакта – пластический насыщенный; вид смазки – граничная; вид смазывания – окунанием; ведущий вид изнашивания – усталостное; смазочный материал – масло индустриальное  И – 20А ГОСТ 20799 – 88; материал индентора – твердый сплав ВК8; общее время испытаний каждого образца  6 – 8 ч.

Например, результаты триботехнических испытаний твердого антифрикционного покрытия системы Si-O-C-N и материала основы (стали Р18) без покрытия представлены в табл. 1.

На рис. 5 приведены протоколы испытаний покрытия Si-O-C-N и материала основы (стали Р18) без покрытия с графиками изменения износа и коэффициента трения во времени.

Таблица

Результаты триботехнических испытаний

 

Трибологическое

свойство

Показатель

Значение показателя для образца

С покрытием

Si-O-C-N

Сталь Р18

Прирабатываемость

t0 , ч

0,33

5,33

h0 , мкм

0,90

9,00

f0 / f

4,75

1,36

Антифрикционность

f

0,04

0,28

Износостойкость

h, мкм

6,90

12,10

Ih ·1010

2,16

3,17

Ih Σ ·1010

2,38

4,18

 

Сравнение результатов триботехнических испытаний покрытия Si-O-C-N и материала основы нормализованным методом показало, что покрытие обладает практически в 7 раз меньшим значением коэффициента трения. При этом в 16 раз сократилось время приработки и в 1,5…1,75 раза уменьшилась интенсивность изнашивания. При оценке кривой износа покрытия Si-O-C-N видно, что длительность приработки составляет 0,33 часа, далее 1,67 часа стабильного износа, а затем плавный (не скачкообразный) выход на износ основного материала. В пределах толщины покрытия Si-O-C-N (порядка 1 мкм) кривая износа практически постоянна во времени. Кривая изменения коэффициента трения во времени имеет падающую характеристику. Плавное снижение в течение 3 часов, а затем некоторая стабилизация с незначительным уменьшением коэффициента трения, свидетельствуют о возможном «залечивании» дорожки трения микроскопическими продуктами износа.

а)

б)

Рис. 5. Протоколы испытаний:

а) покрытия Si-O-C-N, б) материала основы (стали Р18) без покрытия

Назначение, описание, характеристики, фото остальных основных испытательных установок и стендов представлены в присоединенных файлах:

 

Установка на абразивное изнашивание

Установка на износостойкость подшипников

Машина трения

Установка для плазменного упрочнения

Установка для электро-механической обработки